JP4600162B2

JP4600162B2 - 艦艇の消磁コイルの電流調定方法

Info

Publication number: JP4600162B2
Application number: JP2005163380A
Authority: JP
Inventors: 光博高畑
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2005-06-03
Filing date: 2005-06-03
Publication date: 2010-12-15
Anticipated expiration: 2025-06-03
Also published as: JP2006335255A

Description

この発明は艦艇の消磁方法、特に消磁コイルの電流調定に特徴を有する艦艇の消磁コイルの電流調定方法に関する。

一般に、艦艇は船体の消磁を行うために、船体に複数の消磁コイルを設け、この消磁コイルに電流を流して発生する磁界により、艦艇自体が発生する外部発生磁界を打ち消し、艦艇による外部発生磁界が最小となるようにしている。

艦艇から発生する船体磁気は、図１に示すように、船体の垂直方向の磁気ＶＭと、船首尾方向の磁気ＬＭと、左右舷方向の磁気ＡＭとから構成される。これらの磁気ＶＭ，ＬＭ，ＡＭの各船体磁気を打ち消すために、図２に示すように先ず船体１の垂直方向の磁気ＶＭを消磁するために船体１に水平にＭコイル２を配置し、図３に示すように船体１の船首尾方向の磁気ＬＭを消磁するために船体１にコイル面が垂直かつ左右舷方向の姿勢となるＬコイル３を複数配置し、さらに図４に示すように、船体１の左右舷方向の磁気ＡＭを消磁するために、コイル面が垂直かつ船首尾方向の姿勢となるＡコイル４を複数配置する。以上のＭコイル２、Ｌコイル３，Ａコイル４に流れる電流を調定して、主として船底下のＺ成分を最小とすることで、消磁を行う。

船体磁気の消磁手順の概要を図５、図６により説明する。Ｍコイル、Ｌコイル及びＡコイルの電流調定は、先ず被消磁艦艇の非消磁状態の磁界を測定する。この非消磁状態における艦艇１のキール下で得られる磁気波形を図５の（ａ）に示す。この図５の（ａ）上部に実線でＺ成分、破線でＸ成分の磁気特性を示し、図５の（ａ）下部に艦艇１における船体垂直方向磁気ＶＭ、船首尾方向磁気ＬＭの方向を示している。次にＭコイルの電流調定、つまりＭコイルによる最適消磁状態を測定する。

このＭコイル最適消磁状態を図５の（ｂ）に示す。Ｍコイルに、船体垂直方向磁気ＶＭを打ち消すための調定電流によりＭコイル効果を生じさせる。このＭコイル効果成分によってＺ成分を打ち消し、磁気特性は図５の（ｂ）の上部に示すものとなる。キール下中心でＺ成分が０となっている。

その後Ｌコイル，Ａコイルの電流調定を行う全消磁状態を測定するという方法をとっている。図６にＬコイルに流れる電流を調定して、Ｌコイル効果を生じさせ、図５の（ｂ）の磁気成分をさらに消磁し、全消磁状態を得た場合を示す。このような測定条件・手順を自動的に実施する方法として最急降下法、ＧＡなどが用いられる。

従来、消磁コイルのアンペアターン（電流×ターン数）決定方法として、基準磁界とコイル効果を測定し、これらを、分割し、分割点毎にその差値を求め、差値と基準値を比較しつつ、コイルのアンペアターンを初期値からアンペアターン数を順次固定していく方法が開示されている（例えば特許文献１参照）
特公平５−２５７１７号公報

上記、従来の自動電流調定を例えば最急降下法で行う際に、基本的な調定条件・手順を踏襲して実施しても、例えばＭコイルの個数が多いときのＭコイル調定で、垂直方向磁気ＶＭのＺ成分だけでなく船首尾方向磁気ＬＭによるＺ成分も消磁してしまうことが発生する。

図７の（ａ）に示すように、艦艇１に複数のＭコイル２が設けられ、これに理想的な最適消磁を行うと、全体のＭコイル効果により、図７の（ａ）の上部に示す磁気特性が得られる。しかし、最急降下法で「Ｚ成分を最小にする」という目的関数に対するアルゴリズムをそのまま計算し続けると、図７の（ｂ）上部に示すように、見かけ上は全消磁状態の磁気波形となるが各Ｍコイルには、極性の異なるコイル効果を生成し、船首尾方向磁気ＬＭによるＺ成分も消磁し、遠方磁界が小さくならない。これにより、船首尾方向磁気ＬＭの的確な消磁が行えず、遠方磁界の低減率が悪くなる。

同様にＬコイルの個数が多いときのＬコイル調定において，Ｍコイル最適消磁状態の磁気波形の大きな残留値（Ｘ成分あるいはＺ成分）に最も効果のあるＬコイルから通電量を上げてゆき、ミスフイットを抑えるという典型的なアルゴリズムで自動調定を行う場合、理想的なＬコイル最適消磁状態として、図８の（ａ）に示す全体Ｌコイル効果によりＬＭの消磁がなされると良いが、図８の（ｂ）の下部に示すように全体のコイル効果はＬＭを打ち消す方向であるが、個別のＬコイルのいくつかは逆方向の特性となる。つまり、最も消磁に効果のあるＬコイル以外のＬコイル通電量が、その最も効果のあるＬコイルの補間を行うように計算される場合があり、全体的なＬＭ成分を複数のコイルで均等に消磁するようにならない場合が発生する。これは、Ｍコイル調定同様の理由から、隣同志のＬコイルでも通電量や極性が異なるようなターンチェンジが発生するため通電量を設定するのが煩雑になるという問題がある。

この発明は、上記問題点に着目して、なされたものであって、従来に比し、遠方磁界の低減率を上げ、艦艇での通電量の設定が簡単になせる艦艇の消磁コイルの電流調定方法を提供することを目的とする。

この発明の艦艇の消磁コイルの電流調定方法は、艦艇のそれぞれ直交する方向の垂直方向磁気成分、船首尾方向磁気成分及び左右舷方向の磁気成分を消磁するための第１のコイル、第２のコイル、及び第３のコイルを備え、これら第１のコイル、第２のコイル、及び第３のコイルを順次に電流調定する艦艇の電流調定方法において、前記第１のコイル調定において、各第１のコイルのコイル通電量を全て同じ値として、非消磁状態の船体磁気波形とのミスフイットが最小となる通電量を算出し、その算出値を初期値とした上で各第１のコイル通電量を微調整して第１のコイルの最適消磁状態を計算する過程と、前記第２のコイル調定において、各第２のコイルのコイル通電量を全て同じ値として、第１のコイル最適消磁状態船体磁気波形とのミスフイットが最小となる通電量を算出し、その算出値を初期値とした上で各第２のコイル通電量を微調整して最適消磁状態を計算する過程と、前記第３のコイル調定において、各第３のコイルのコイル通電量を全て同じ値として、第１のコイルの最適消磁状態船体磁気波形とのミスフイットが最小となる通電量を算出し、その算出値を初期値とした上で全消磁状態を計算する過程と、とからなることを特徴とする。

この発明によれば、Ｍコイルの個数が多いときのＭコイル調定の場合でも、ＶＭのＺ成分の消磁を的確に行うことができ、残ったＬＭ成分を着実にＬコイルで消磁できるよう調定できるため、遠方磁界の低減率が上がる。また、Ｌコイル、Ａコイルの個数が多いときの調定でも同様の結果が得られる。

Ｌコイルの個数が多い時の調定の場合は特に、全体的なＬＭ成分を複数のコイルで均等に近い状態で消磁することが可能となり、艦艇での通電量の設定が簡単になる。

以下、実施の形態により、この発明をさらに詳細に説明する。図９はこの発明の一実施形態艦艇消磁システムを示すブロック図である。この艦艇消磁システムは、艦艇に設置される消磁演算処理装置１０に、海底に設置され艦艇の船体磁気を測定する磁気検知器ＭＤ１、ＭＤ２、・・・、ＭＤＰと、艦艇の消磁コイルＬ１、Ｌ２、・・・、Ｌｍが接続されて構成されている。消磁演算処理装置１０は、船体磁気測定時の演算、コイル電流調定時の演算、その他の処理・制御演算を実行するＣＰＵ１１と、計測時の磁気データなどを記憶する磁気メモリ１２と、電流調定時のデータを記憶する電流調定メモリ１３と、磁気検知器ＭＤ１、ＭＤ２、・・・、ＭＤＰを接続するためのＩ／Ｏポート１４と、消磁コイルＬ１、Ｌ２、・・・、Ｌｍを接続するためのＩ／Ｏポート１５とを、備えている。

この実施形態艦艇消磁システムにより、艦艇の消磁コイルＬ１、Ｌ２、・・・、Ｌｍ、具体的には例えば複数のＭコイル、複数のＬコイル，Ａコイルの自動電流調定を行う。電流調定を行う艦艇の船体磁気は、予め磁気検知器ＭＤ１、ＭＤ２、・・・、ＭＤＰで計測され、あるいは別の計測装置で計測され、磁気メモリ１２に記憶されている。ここでは、電流調定を行う際に、各Ｍコイル（第１コイル）のコイル通電量を全て同じ値として、非消磁状態の船体磁気波形とのミスフイットが最小となる通電量を算出する。次に、その算出値を初期値とした上で各Ｍコイル毎に通電量を微調整してＭコイルの最適消磁状態を計算する。次に、Ｌコイル（第２のコイル）の調定に移る。各Ｌコイルのコイル通電量を全て同じ値として、Ｍコイル最適消磁状態船体磁気波形とのミスフイットが最小となる通電量を算出し、その算出値を初期値とした上で各第Ｌコイル通電量を微調整して最適消磁状態を計算する。さらにＡコイル（第３のコイル）の調定に移る。各Ａコイルのコイル通電量を全て同じ値として、Ｍコイル最適消磁状態船体磁気波形とのミスフイットが最小となる通電量を算出し、その算出値を初期値とした上で全消磁状態を計算する。

なお、この実施形態では、船体磁気を測定するための磁気検知器ＭＤ１、ＭＤ２、・・・、ＭＤＰを、消磁演算処理装置１０に接続しているが、磁気検知器ＭＤ１、ＭＤ２、・・・、ＭＤＰを接続することなく、電流調定算出に使用する船体磁気は、予め別に測定したものを磁気メモリ１２に記憶したものであってもよい。又、この実施形態では、消磁コイルＬ１，Ｌ２、・・・、Ｌｍを消磁演算処理装置１０に接続しており、調定電流を消磁演算処理装置１０で制御できるようにしているが、消磁コイルＬ１，Ｌ２、・・・、Ｌｍを接続することなく、算出した電流調定値は、電流調定メモリ１３に、記憶しておき、必要時に、記憶している電流調定値を読み出し、消磁コイル駆動部に与えてもよい。また、消磁演算処理装置１０は、艦艇上ではなく、例えば陸上の管理棟内に設けるものであってもよい。

この実施形態艦艇消磁システムのＭコイルの電流調定処理を、図１０に示すフロー図を参照して、説明する。電流調定処理ルーチンに入ると、ステップＳＴ１において、各Ｍコイルの通電量（アンペアターン）の初期値ＡＴ０を,共通に、つまり同値αに設定する。次に、ステップＳＴ２へ移行し、通電量の変化分ΔＡＴを設定する。次にステップＳＴ３へ移行する。ステップＳＴ３においては、各Ｍコイルの通電量を初期値αにΔＡＴを加算して、ＡＴｎ（初回はｎ＝１）＝α＋ΔＡＴを算出する。続いてステップＳＴ４へ移行する。

ステップＳＴ４においては、磁気メモリ１２に記憶されている非消磁状態の船体磁気に対する各Ｍコイルによるコイル効果全体分のミスフイット分Ｍｒｎ（ｎ＝１）を算出する。
非消磁状態の船体磁気として、例えば図１１の（ａ）に示すＺ成分の磁界Ｈａとすると、これに対し、同一通電量の各Ｍコイルによる各コイル効果ＨＬ１，ＨＬ２、・・・とする全体のコイル効果Ｈｂｏを図１１の（ｂ）に示す。この磁界Ｈａと最初の全体のＭコイル効果Ｈｂｏの差分がミスフイット分Ｍｒ１となる。このミスフイット分Ｍｒ１をＭｒａとして、電流調定メモリ１３に記憶する。次にステップＳＴ５へ移行する。

ステップＳＴ５においては、今回算出したミスフイット分Ｍｒｎが前回のミスフイット分Ｍｒａ以下か否か判定する。初回は前回のミスフイット分Ｍｒａとして所定の基準値を使用する。ここで、判定により、ミスフイット分Ｍｒｎが所定の基準値、あるいは前回のミスフイット分Ｍｒａ以下の場合は、ステップＳＴ６へ移行する。一方、ミスフイット分Ｍｒｎが所定の基準値、あるいは前回のミスフイット分Ｍｒａを越えた場合は、ステップＳＴ７へ移行する。ステップＳＴ６においては、変数ｎを１インクリメントする。初回では、ｎ＝１から、ｎ＝２となる。次にステップＳＴ３へ戻る。

ステップＳＴ３においては、各Ｍコイル共通で同値の前回の通電量にさらにΔＡＴを加算し、各Ｍコイルの新たな通電量ＡＴｎ（ｎ＝２）を算出する。続いて、ステップＳＴ４において、磁気メモリ１２に記憶されている非消磁状態の船体磁気に対する各Ｍコイルによるコイル効果全体分のミスフイット分Ｍｒｎ（ｎ＝２）を算出する。算出したミスフイット分Ｍｒ２を電流調定メモリ１３に記憶する。次にステップＳＴ５へ移行する。ステップＳＴ５においては、今回算出したミスフイット分Ｍｒ２が前回のミスフイット分Ｍｒａ以下か否か判定する。そして、新たなミスフイット分Ｍｒｎが前回のミスフイット分Ｍｒａを越えるまで、上記ステップＳＴ３〜ＳＴ６の処理を繰り返す。

各Ｍコイルへの同一値通電による電流調定の処理が進行し、図１１の（ｃ）に示すように、非消磁状態の船体磁気Ｈａに対する各Ｍコイルによるコイル効果全体分Ｈｂｎのミスフイット分が小さくなり、さらにこれより、各Ｍコイル共通同値の前回の通電量にさらにΔＡＴを加算すると新たなミスフイット分が前回の値を越える場合は、処理は、ステップＳＴ７へ移行する。ステップＳＴ７においては、それまでの各Ｍコイル共通同値の前回の通電量ＡＴｎを各個別コイルの初期値ＡＴｆとして、電流調定メモリ１３に記憶する。次に、各個別のＭコイル調定へ移行する。各Ｍコイル毎に通電量を±ΔＡＴ変化して、よりミスフイット分を少なくしてゆく。

Ｍコイルの電流調定が終了すると次に複数のＬコイル，Ａコイルの電流調定を行うが、基本的には図１０で説明したＭコイルの調定と同様にすれば良い。特に重要な点は、調定の最初に複数の各コイルに共通同一の通電を行うことである。

以上のように、調定の最初に、ミスフイット分がかなり小さくなるまで、複数の各コイルに共通同一の通電を行うことにより、個別の各コイル毎の調定を行う時点では、Ｍコイルの場合図１２に示すように、各コイルの個別のコイル効果分は、同一方向にあり、Ｌコイルの場合も図１３に示すように、その点は同様である。したがって、その後個別のコイル調定に入っても、各コイルの個別のコイル効果分は、個別に±方向に若干値が変化する程度であり、図７の（ｂ）、図８の（ｂ）で説明した不具合が生じることはない。

艦艇が発生する磁気の各方向成分を説明する図である。艦艇の垂直方向磁気成分と、これを消磁するＭコイルの配置を説明する図である。艦艇の船首尾方向磁気成分と、これを消磁するＬコイルの配置を説明する図である。艦艇の左右舷方向磁気成分と、これを消磁するＡコイルの配置を説明する図である。艦艇の船体磁気消磁の一般的な手順を説明する図である。図５とともに、艦艇の船体磁気消磁の一般的な手順を説明する図である。コイル個数が多い場合のＭコイル調定を説明する図である。コイル個数が多い場合のＬコイル調定を説明する図である。この発明の一実施形態艦艇消磁システムの機器構成を示すブロック図である。同実施形態艦艇消磁システムのＭコイルの電流調定処理を説明するフロー図である。同電流調定時の非消磁時の船体発生磁気とコイル効果とのミスフイットを説明する波形図である。同実施形態艦艇消磁システムの複数のＭコイルの電流調定処理時の各コイル効果を説明する図である同実施形態艦艇消磁システムの複数のＬコイルの電流調定処理時の各コイル効果を説明する図である

符号の説明

１艦艇
２Ｍコイル
３Ｌコイル
４Ａコイル
１０消磁演算処理装置
１１ＣＰＵ
１２磁気メモリ
１３電流調定メモリ
１４，１５Ｉ／Ｏポート
ＭＤ１，ＭＤ２，・・・ＭＤＰ磁気検知器
Ｌ１、ｌ２、・・・、Ｌｍ消磁コイル

Claims

艦艇のそれぞれ直交する３方向の磁気成分を消磁するための第１のコイル、第２のコイル、及び第３のコイルを備え、これら第１のコイル、第２のコイル、及び第３のコイルを順次に電流調定する艦艇の消磁コイルの電流調定方法において、
前記第１のコイル調定において、各第１のコイルのコイル通電量を全て同じ値として、非消磁状態の船体磁気波形とのミスフイットが最小となる通電量を算出し、その算出値を初期値とした上で各第１コイル通電量を微調整して第１のコイルの最適消磁状態を計算する過程と、
前記第２のコイル調定において、各第２のコイルのコイル通電量を全て同じ値として、第１のコイルの最適消磁状態船体磁気波形とのミスフイットが最小となる通電量を算出し、その算出値を初期値とした上で各第２のコイル通電量を微調整して最適消磁状態を計算する過程と、
前記第３のコイル調定において、各第３のコイルのコイル通電量を全て同じ値として、第１のコイルの最適消磁状態船体磁気波形とのミスフイットが最小となる通電量を算出し、その算出値を初期値とした上で全消磁状態を計算する過程と、とからなる艦艇の消磁コイルの電流調定方法。